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13651854162摘 要：針對電動汽車在居民小區無序充電對電網係統產(chan) 生嚴(yan) 重隱患及充電間時過長問題，提出一種采用延遲充電的電動汽車有序充電控製策略，並在分析國內(nei) 外電動汽車有序充電的研究現狀後，設計了居民小區電動汽車有序充電策略的總體(ti) 框架。該策略采用延遲充電對電動汽車進行有序充電控製，通過計算電動汽車的充電優(you) 先級來確定用戶開始充電的時間以保證離開時電動汽車的荷電狀態，很大程度達到用戶期望荷電狀態。通過算例仿真分析，證明提出的延遲充電策略可在滿足用戶對電動汽車充電量期望的同時達到削峰填穀的作用。
關(guan) 鍵詞：電動汽車；有序充電；延遲充電；削峰填穀；儲(chu) 能
0引言
隨著世界經濟的快速發展和人類對能源需求的不斷增長，能源被大量消耗，產(chan) 生大量的環境汙染。機動車輛已經成為(wei) 生產(chan) 生活中的一部分，使用燃油車無疑會(hui) 增加 CO2的排放。雖然新能源發電被越來越多地引入電網，如光伏發電，風力發電等。但由於(yu) 二者的功率輸出是隨機波動的，會(hui) 對電力係統造成影響，產(chan) 生電能質量問題。因此，減少燃油車的使用，從(cong) 燃油動力汽車轉向電動汽車（Electric Vehicle，EV）是解決(jue) 汽車造成的環境汙染的有效手段。當前電網係統的有序充電對智能電網的發展起著越來越大的作用。隨著EV的大規模使用，有序充電對電網及分布式能源的重要性日益增強，需要解決(jue) EV充電問題。目前針對EV充電的研究內(nei) 容主要涉及充電負荷預測、V2G、EV參與(yu) 輔助服務、配電網規劃、充電站規劃等,也有一些學者對EV充電分層分區調度策略進行了研究。居民小區具有用車規律性強、可控性強、方便調研等優(you) 勢，因此將居民小區作為(wei) 研究對象，針對EV在居民小區充電過程中隨機停放且無序充電對電網係統產(chan) 生的嚴(yan) 重隱患及充電間時過長的問題，提出一種采用延遲充電的EV有序充電控製策略。
1 EV有序充電策略
1.1 EV有序充電控製架構
EV充電將成為(wei) 居民區電力需求的重要組成部分，需要從(cong) 配電網規劃原則和負荷分布的影響等方麵展開研究。結合概率收費模型和電力消費數據，在標準中定義(yi) 的不同充電功率下，隨機模擬不受控製、限製和價(jia) 格優(you) 化的 EV充電產(chan) 生的影響。將大量EV推遲至用電穀時段進行充電以減小EV充電對小區變壓器的衝(chong) 擊，並且考慮到分時電價(jia) 可減少用戶充電費用，提高經濟性，保證EV與(yu) 電網的協調互動發展。EV有序充電控製架構如圖1所示。
圖1 EV有序充電控製框架
1.2延遲充電的充電變量定義(yi)
EV返回後駐車時長的計算方法為(wei) TS = tout - tback，（1）式中：TS為(wei) 用戶駐車時長，h；tout為(wei) 用戶外出時刻；tback為(wei) 用戶返回時刻。EV結束充電時刻tover的表達式為(wei) tover = tstart + Tcha，（2）式中：tstart為(wei) 充電開始時刻；Tcha為(wei) 充電時長，h。設t時刻共有m輛EV進行充電，則EV充電總 功率Pt，EV和功率Pa.t的表達式為(wei) Pt，EV =∑PEV，（3）式中：PEV為(wei) EV荷電功率。Pa.t = Pmax - Pload - Pt，EV，（4）式中：Pmax為(wei) 功率限值，kW；Pload為(wei) 除EV充電之外的日常負荷，kW。EVi進行有序充電的優(you) 先級計算方法為(wei) γ = 1 - TS - Tcha 24 - Tout ，（5）式中：γ為(wei) EV充電優(you) 先級。
在設計EV的充電優(you) 先級時，設置當γ=1時的優(you) 先級高，EV優(you) 先進行充電；γ=0 時的優(you) 先級較低，EV*後進行充電。為(wei) 了讓EV在車主離開小區時處於(yu) 滿電狀態，需要設置車主的優(you) 先級γ=1，確保EV電池狀態達到滿電狀態。
1.3有序充電策略具體(ti) 執行方式
EV有序充電設計重要的部分是對延遲充電條件的設置，通過對滿足條件的EV延遲充電且不影響用戶的期望充電量為(wei) 基礎，完成對居民小區EV有序充電的控製。當用戶把 EV連接到充電樁時，可通過充電樁的人機交互界麵對EV的期望荷電狀態、用戶預計離開時刻進行設定。充電樁通過充電控製係統獲得EV的電池信息，並將EV的充電負荷信息上傳(chuan) 至有序充電控製器，有序充電控製器獲得各個(ge) EV的充電負荷信息後對EV的充電進行控製，其實施流程如圖2所示，具體(ti) 如下。
圖2采用延遲充電的EV有序充電流程
在t時刻將已經充電完成的EV從(cong) 計算充電序列中剔除。
檢測有無EV接入，若有則判斷是否符合延遲充電條件，若無EV接入則轉入步驟
延遲充電條件：EV離開時刻在穀時段開始之後，且用戶返回時刻到*遲充電完成時刻的時長大於(yu) EV充電所需時間。若上述延遲充電條件均滿足則EV進入有序充電控製器的充電等待序列中，否則立即對EV充電以保證充電結束時的電池電量較大程度接近用戶期待荷電。
（4）有序充電控製中台采集t時刻該小區實時負荷信息，尋找充電等待序列優(you) 先級EV。
（5）若EV充電優(you) 先級 γ=1，則有序充電控製器對充電樁下達命令使其對EV進行充電，若充電優(you) 先級γ≠1，則采用當日製定的功率限製值計算t時刻功率裕度判斷功率裕度是否大於(yu) EV充電功率。
（6）若功率裕度大於(yu) EV充電功率則對EV進行充電，記錄開始時間，計算結束時間，並更新功率裕度，繼續尋找本時刻高優(you) 先級的EV，判斷是否可以進行充電，直到充電優(you) 先級γ≠1 且功率裕度小EV充電功率（判定優(you) 先級γ=1的邏輯為(wei) ：當EV在t時刻到*遲完成充電時刻等於(yu) 充電所需時長時開始充電、當停留時長等於(yu) 充電時長時開始充電。其他充電優(you) 先γ≠1的車輛均根據功率裕度判斷是否進行充電）。
（7）判斷 t時刻是否晚於(yu) 穀時段開始時刻，是則結束循環，控製結束，否則重新執行步驟
為(wei) 更加直觀地展現上述過程，通過問卷收集了15條居民小區EV充電數據，見表1。
表1 居民小區EV充電數據
車輛編號 | 開始充電時間 | 充電時長/h | 充滿電後停留時長/h | |
A | 14:00 | 1 | 0 | |
B | 14:00 | 4 | 0 | |
C | 14:00 | 1 | 21 | |
D | 14:00 | 1 | 0 | |
E | 16:00 | 1 | 0 | |
F | 16:00 | 5 | 0 | |
G | 17:00 | 2 | 16 | |
H | 18:00 | 5 | 10 | |
I | 18:00 | 5 | 3 | |
J | 21:00 | 2 | 8 | |
K | 22:00 | 5 | 5 | |
L | 22:00 | 3 | 8 | |
M | 24:00 | 3 | 0 | |
N | 24:00 | 4 | 2 |
假設該小區的峰穀時段為(wei) 21：00至次日08：00。在不考慮功率限製、僅(jin) 滿足優(you) 先級但不具體(ti) 根據優(you) 先級進行有序充電的情況下，對上述控製邏輯進行簡單的模擬，結果如圖3所示，並與(yu) 即充即走的無序充電模式進行對比。圖3中藍色為(wei) EV充電時間，紅色為(wei) EV可以進行充電的時間。由圖 3 可見：C，G， H，I，J，K，L 號 EV 均可在峰穀時進行充電。但由於(yu) 沒有有序充電策略的幫助，導致原本可以延遲充電的EV在到達小區時就立即開始充電，導致用電高峰時有大量EV接入電網進行充電，給小區的變壓器帶來很大的負擔，甚至會(hui) 產(chan) 生安全隱患。
圖3即充即走的無序充電模式
如果采用有序充電策略，如圖4所示，21：00前用電高峰階段進行充電的EV數量明顯減少，從(cong) 9輛減少為(wei) 5輛。同時，21：00後用電峰穀時段的充電EV由3輛增加至7輛，顯著降低了用電高峰期的變壓器負荷，同時利用夜晚用電穀時段進行充電，達到了削峰填穀的目的。
2 EV有序充電算例分析
對提出的EV有序充電策略進行試驗算例分析，並利用仿真結果證明有序充電策略的有效性。
2.1參數設置
為(wei) 進行仿真分析，通過問卷調查獲取小區EV回到社區的時間如圖5所示。所采訪小區的用電負荷高峰出現在20：00，功率峰值約900kW，其次為(wei) 12：00，功率峰值約600 kW。EV返回後電池平均剩餘(yu) 容量為(wei) 50%。通過問卷獲取EV離開社區的時間和EV充滿電所用時間分別如圖6及圖7所示。
圖5EV 返回小區時間
圖6EV 離開小區時間
圖7 EV 充電時長
對用戶充電行為(wei) 進行如下假設。
用戶出行數據取自圖5—7，共計44輛EV，充電樁的配比為(wei) 1∶1，可隨時接入充電樁，等待有序充電控製器的控製。
（2）充電樁為(wei) 慢速交流充電裝置，充電功率為(wei) 7kW，穀時段為(wei) 22：00—次日08：00。
（3）EV每天返回後均進行充電，用戶期望駕車離開時EV電池電量為(wei) 100%。
（4）變壓器的負荷紅線為(wei) 1100kW。
2.2仿真結果
利用提出的EV有序充電策略對案例進行仿真分析，可得出有序充電和無序充電波動曲線如圖8所示。從(cong) 有序充電和無序充電曲線的波動可以看出，不采用有序充電策略，EV充電處於(yu) 大規模無序狀態，且EV的充電高峰期出現在一天中的用電高峰期到淩晨。此時電網係統的用電量即為(wei) 負荷的高峰，電網係統的負荷壓力也很大。而在有序充電模式下，通過合理地安排EV充電順序，可有效縮短EV充電時間，並將原本在用電高峰期充電的EV安排到其他時間段充電，提高電網的安全運行，降低電網係統的負荷壓力。
圖8 EV有序充電於(yu) 無序充電負荷對比
為(wei) 了更直觀地體(ti) 現有序充電的控製效果，計算44輛EV在無序充電充電模式和有序充電模式下的峰穀差，結果見表2。
EV 數量 | 44 | 44 |
基礎負荷峰值/kW | 900 | 900 |
總負荷峰值/kW | 928 | 1 161 |
是否超過紅線 | 否 | 是 |
從(cong) 表2無序充電充電模式和有序充電模式下負荷數據對比可見： EV數量相同的情況下，有序充電模式的負荷總峰值遠小於(yu) 無序充電充電模式時的總峰值，且無序充電充電模式已經超過負荷的紅線（1100kW），而有序充電模式可以保證負荷的穩定性；從(cong) 負荷的峰穀差可以看出，有序充電模式的峰穀差僅(jin) 為(wei) 無序充電充電模式峰穀差的1/2。可見提出的基於(yu) EV延遲充電的有序充電策略可以有效控製EV充電安全，並達到削峰填穀、錯峰充電的目的，對EV的推廣具有一定的積極意義(yi) 。
安科瑞充電樁收費運營雲(yun) 平台
3.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的電動電動自行車充電站以及各個(ge) 充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，雲(yun) 閃付掃碼充電。
3.2應用場所
適用於(yu) 民用建築、一般工業(ye) 建築、居住小區、實業(ye) 單位、商業(ye) 綜合體(ti) 、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。
3.3係統結構
3.3.1係統分為(wei) 四層：
1）即數據采集層、網絡傳(chuan) 輸層、數據中心層和客戶端層。
2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為(wei) 標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用於(yu) 采集充電回路的電力參數，並進行電能計量和保護。
3）網絡傳(chuan) 輸層：通過4G網絡將數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器。
4）數據中心層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、曆史數據庫、基礎數據庫。
5）應客戶端層：係統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平台。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區充電平台功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為(wei) 運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
3.4安科瑞充電樁雲(yun) 平台係統功能
3.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個(ge) 站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。
3.4.2.實時監控
實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。
3.4.3交易管理
平台管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。
3.4.4故障管理
設備自動上報故障信息，平台管理人員可通過平台查看故障信息並進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成後將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。
3.4.5統計分析
通過係統平台，從(cong) 充電站點、充電設施、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。
3.4.6基礎數據管理
在係統平台建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價(jia) 格策略、折扣、優(you) 惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。
3.4.7運維APP
麵向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送。
3.4.8充電小程序
麵向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
3.5係統硬件配置
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營雲(yun) 平台 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應國家節能環保、綠色出行的號召，為(wei) 廣大用戶提供慢充和快充兩(liang) 種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體(ti) 式充電樁等來滿足新能源汽車行業(ye) 快速、經濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決(jue) 方案，可以隨時隨地享受便捷 安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾(zhong) 號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為(wei) 車主用戶提供便捷、 安全的充電服務。實現對動力電池快速、 安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為(wei) 市民購電終端，同時為(wei) 提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯網版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線製，防護等級IP65，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線製，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線製，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線製，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A係列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅(jin) 支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A係列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A係列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B係列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1台主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1台主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
智能邊緣計算網關(guan) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從(cong) ）、104（主、從(cong) ）、建築能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網通 | ||
導軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協議 證書(shu) ：MID /CE認證 |
導軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書(shu) ：MID /CE認證 |
無線計量儀(yi) 表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能 、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次） ；A、B、C、N四路測溫；1路剩餘(yu) 電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目 ） 證書(shu) ：CPA/CE認證 |
導軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，複費率電能統計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書(shu) ：MID/CE認證 |
麵板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書(shu) ：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導軌式安裝，可實現短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nei) 部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為(wei) 0~63A，額定電流菜單可設。 |
4結束語
EV的充電周期與(yu) 人們(men) 的生活習(xi) 慣密切相關(guan) 。隨著全國EV保有量逐年增多，EV大量無序充電的 充電模式將對電網產(chan) 生較大的影響，因此有必要對居民區的EV充電進行合理規劃，提出合理的家用EV充電策略，確保電網充電區域的安全穩定運行。
從(cong) EV充電的選擇策略著手進行研究，介紹了E有序充電的基礎理論，分析了大規模 EV充電過程中遇到的問題。
介紹了EV充電策略的理論基礎，對EV充電的模式進行了分析，然後針對居民小區充電充電模式提出了一種基於(yu) 延遲充電的EV有序充電策略，並對充電策略的總體(ti) 框架進行了分析。
以實際居民小區EV充電為(wei) 例進行仿真分析，證明了本文提出的EV有序充電策略的方法能 夠實現EV有序充電，並有效降低充電總峰值，達到削峰填穀、錯峰充電的目的，表明提出的有序充電策略方法設計的有效性。
參考文獻
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安科瑞侯文莉
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